التقاسم مقابل خارج السلسلة: ما هو الأفضل لتوسيع Blockchain؟

تعد قابلية تطوير Blockchain قضية حيوية تؤثر على زيادة اعتماد هذه التكنولوجيا الثورية. توجد حلول مختلفة لهذه المشكلة ، وفي هذه المقالة ، سننظر في اثنين منها: التجزئة وخارج السلسلة. سنفعل ذلك من خلال الرجوع إلى أمثلة للعديد من مشاريع قابلية التوسع: FLETA و Elrond و GEO Protocol.

تجزئة مقابل offchain

المشكلة

يمكن تقسيم مشكلة قابلية تطوير blockchain إلى عدة أجزاء: حجم البيانات وسرعة المعاملة والتكلفة.

حجم البيانات

تؤدي المعاملات الجديدة في كل كتلة (خاصة تلك الشائعة ، مثل Bitcoin أو Ethereum) إلى إضافات كتلة ثابتة إلى دفتر الأستاذ. وهذا بدوره يؤدي إلى زيادة مستمرة في البيانات القديمة التي يجب تخزينها بواسطة العقد الكاملة لـ blockchain (نظرًا لأن هذا هو جوهر تقنية دفتر الأستاذ الموزع – DLT). عندما يزداد عدد المستخدمين والمعاملات ، تتضخم هذه البيانات المتراكمة بشكل كبير ولا توجد طريقة لعكس أو إبطاء العملية بطريقة أو بأخرى. 

سرعة المعاملة

تتطلب كل معاملة blockchain التحقق من نظير إلى نظير من قبل أعضاء الشبكة الآخرين (آلية التوافق) يمكن أن يصبح أبطأ بشكل ملحوظ عندما يزداد عدد المستخدمين والمعاملات. يمكن لـ Bitcoin التعامل مع 6 معاملات فقط في الثانية. قارنها بمتوسط ​​Visa البالغ 8000 أو مع قدرتها القصوى البالغة 43000 معاملة في الثانية.

مصاريف التحويلات

الشيء نفسه ينطبق على تكاليف المعاملات. يمكننا أن نرى ارتفاع التكاليف في الأوقات التي يوجد فيها المزيد من المستخدمين والمعاملات على شبكات blockchain الشهيرة. وذلك لأن هناك حاجة إلى المزيد من العقد (عمال المناجم أو المدققون) مع نمو الشبكة لمعالجتها (في حالة إثبات العمل الأكثر استخدامًا – إثبات العمل – آلية الإجماع) والتي تنطوي على المزيد من التكاليف التشغيلية. أيضًا ، عندما يرتفع سعر عملة معينة ، فإنها تجعل المعاملات التي كانت تُكلّف سنتًا كرسوم تكلف دولارات أو حتى عشرات الدولارات. 

بالطبع ، بعض سلاسل الكتل البارزة مثل Ethereum أسرع وأرخص بكثير من Bitcoin – لكن هذا لا يحل المشكلة تمامًا. الشيء ، في blockchain ، يمكنك الحصول على اللامركزية ومقاومة الرقابة ولكن دائمًا على حساب قابلية التوسع والسرعة. تؤدي محاولات جعل أنظمة blockchain أكثر قابلية للتطوير وسرعة حسب التصميم إلى مزيد من المركزية و / أو أمان أقل ، مما يتعارض مع فكرة التكنولوجيا ذاتها.

حلول

هذه المشكلات معروفة جيدًا ويتم التعامل معها بعدة طرق مختلفة ، بدءًا من تحسين قاعدة رموز blockchain, شوكات ناعمة و شوكات صلبة (والتي تضيف بشكل عام تحسينات تدريجية فقط) إلى العديد من مشاريع الطبقة الثانية التابعة لجهات خارجية والتي تهدف إلى حل مشكلة قابلية التوسع الخاصة بشبكات بلوكشين معينة.

دعونا نراجع بالتفصيل طريقتين فقط لمسألة قابلية تطوير blockchain ، وهما التجزئة و خارج السلسلة.

حل التكسير

تعد المشاركة إحدى طرق حل مشكلة قابلية التوسع ، وقد تم استخدامها لفترة طويلة في إدارة قواعد البيانات نظرًا لكفاءتها. تكمن الفكرة في تقسيم قاعدة البيانات إلى أجزاء – مقاطع أفقية بشكل أساسي – يتم تخزين كل منها على خادم منفصل يعمل على توزيع الحمل وتحسين الأداء.

عند تطبيقها على عالم blockchain (وهو نهج جديد نسبيًا) ، فإن التجزئة تعني أن كل عقدة تحتوي فقط على جزء معين من بيانات blockchain وليس نسخة دفتر الأستاذ بالكامل (كما هو الحال مع نظام blockchain “العادي”). عند القيام بذلك ، تحافظ العقد على تلك الأجزاء من blockchain بالكامل بطريقة مشتركة ، مع الحفاظ على المبدأ اللامركزي الأصلي في DLT. وبالتالي ، في التجزئة ، لا تحتوي العقدة الواحدة على نسخة دفتر الأستاذ بالكامل ولا تقوم بتحميل معلومات الجزء الخاص بها على جميع العقد الأخرى على blockchain. 

عادةً ما تستخدم blockchain التشاركية خوارزميات إجماع إثبات الحصة (أو تعديلها) ، نظرًا لأن إثبات العمل الأكثر شيوعًا لا يمكن تنفيذه جنبًا إلى جنب مع التجزئة. تتمتع PoS بعدد من المزايا مقارنة بـ PoW ، مثل انخفاض استهلاك الطاقة بشكل ملحوظ وعدم الحاجة إلى أجهزة خاصة. بطبيعة الحال, به بعض العيوب كذلك.

لكن دعنا نوضح المزيد ونفكر في بعض المشاريع التي تستخدم التجزئة حاليًا.

إلروند

إلروند

تم إنشاؤه بواسطة فريق من رواد الأعمال والمهندسين والباحثين ذوي الخبرة المتنوعة في Intel و Microsoft و Google و NTT و NEM, إلروند هو مشروع blockchain عام يركز على توفير قابلية التوسع – قابلة للمقارنة في الإنتاجية للأنظمة المركزية مع الاحتفاظ بالطبيعة اللامركزية – الحد الأدنى من متطلبات الطاقة والحسابات ، والأمن القوي. يدعي المشروع أيضًا أنه يوفر إمكانية التشغيل البيني عبر السلاسل التي يمكن تنفيذها باستخدام آلية محول على مستوى Ethereum Virtual Machine. (على الرغم من أنه يستخدم Ethereum VM ، إلا أن Elrond لم يتم وضعه كمشروع Layer 2 لـ Ethereum – إنه يستخدم فقط أطر عمل Ethereum الحالية.)

يتم تحقيق كل هذا من خلال استخدام سمتين رئيسيتين: آلية توافق مشاركة الحالة التكيفية وآلية إجماع إثبات الحصة الآمنة (SPoS).

تعد ميزة “مشاركة الحالة التكيفية” أسلوبًا لقابلية التوسع تجمع بين ثلاثة أنواع من التجزئة: الشبكة / الاتصال ، والمعاملات / المعالجة ، والحالة / التخزين. وفقًا لفريق المشروع ، سيؤدي ذلك إلى تحسين الاتصال بين الأجزاء وتقليل التخزين وزيادة الأداء بفضل المعالجة المتوازية. يسمح هذا الأسلوب بتغيير عدد الأجزاء ديناميكيًا بعد موارد التحقق المتاحة واستخدام الشبكة. وبالتالي ، يمكن للشبكة التكيف مع عدد المستخدمين والمطالبة بالتغييرات دون المساس بالأمن والتوافر واللامركزية. يؤدي هذا إلى قابلية التوسع الخطي: تم تصميم قابلية توسيع الشبكة بحيث تنمو مع عدد العقد في الشبكة. أيضًا ، معدل نقل شبكة Elrond هو ذكرت لتتجاوز 10000 TPS. أثناء ال آخر لقاء ، حقق Elrond 65k TPS مع 

ظهور جزء جديد ممكن فقط عندما يصل الجزء الموجود إلى 400 عقدة. أي أنه إذا كان هناك أقل من 800 عقدة ، فلن يكون هناك جزأين. وإذا كان هناك أكثر من 1200 عقدة ، فسيتم إنشاء ثلاث أجزاء تلقائيًا.

أما بالنسبة لـ Secure Proof of Stake ، في جوهره ، يستخدم Elrond مزيجًا من آليات توافق PoS و pBFT. بشكل عام ، هي آلية تحمل أخطاء بيزنطية معدلة ، حيث يتم التوصل إلى توافق في الآراء إذا كان ثلث العقد ، التي تم اختيارها عشوائياً يانصيب من مستويين ، صادقة ، بينما لا تزال الرموز المميزة تلعب دورًا في التصويت و حتى في احتمالية الفوز باليانصيب. بالإضافة إلى العقوبات ووزن التصويت ، يتم تطبيق تصنيف على الإيداع المحجوز. إذا تم تشغيل العقدة وفقًا للقواعد ، فإن تصنيفها ينمو. ولكن إذا حاولت الدفع بشيء يتعارض مع الإجماع العام ، فإن التصنيف ينخفض.

Elrond SPOS

رسم بياني 1. آلية إجماع Elrond’s Secure Proof of Stake.

في هذه المرحلة ، يلعب جزء التجزئة. في سلاسل blockchains الأخرى لـ PoS ، قد يستغرق الأمر حوالي 12 ثانية لاختيار مجموعة إجماع ، نظرًا لأن blockchain الثقيل بأكمله والعديد من المشاركين متورطون ، ويتم توزيع المعلومات عبر الشبكة بأكملها. على النقيض من ذلك ، لدى Elrond مجموعة إجماع منفصلة في كل جزء من أجزاءها ، ويتم تبادل المعلومات للتوصل إلى توافق داخل كل مجموعة على حدة. على هذا النحو ، بشكل عام ، يستغرق الأمر أربع ثوانٍ لإنشاء مجموعة وتحقيق توافق في الآراء. علاوة على ذلك ، من أجل تحسين الأمان والتسامح مع الأخطاء ، يهاجر المدققون من شظية إلى أخرى بالانتقال إلى نوع من المنطقة العازلة أولاً – مجموعة المدققين – التي يتم تعيينهم منها إلى الأجزاء بترتيب عشوائي. بالإضافة إلى أن العقد نفسها يمكن أيضًا خلطها داخل القطع. بسبب هذه المراوغات ، تمت إضافة الحرف S إلى اسم آلية إجماع Elrond: SPoS (Secure PoS).

بعد التوصل إلى توافق في الآراء ، عندما يتم جمع توقيعات 2/3 + 1 من أعضاء مجموعة الإجماع ، تتم الموافقة على الكتلة وتوقيعها بالتوقيع المجمع للمجموعة. ثم يتم توزيع الكتلة في جميع أنحاء الجزء ، ويتم إرسال رأسها إلى Metachain للالتزام. تتلقى الأجزاء المتبقية معلومات حول حالة بعضها البعض من metachain.  

Elrond حاليا في مرحلة testnet (تم إصداره في مايو 2019) ويهدف إلى أن يصبح نظامًا أساسيًا لنشر الأموال القابلة للبرمجة والتطبيقات الرقمية. مؤخرًا (في يونيو 2019) ذهب المشروع مفتوح المصدر.

بيع الرمز المميز: تم إطلاق Elrond IEO في منصة إطلاق Binance ومن المقرر في الأول من يوليو. 

إلروند testnet

صورة: حقق Elrond 36kTPS خلال لقاء

FLETA

فليتا

FLETA يهدف إلى توفير نظام بيئي مستدام وصديق للمطورين لـ dApps. يحاول المشروع حل مشكلات الطبقة الأولى الحالية مثل قابلية التوسع وسرعة المعاملة ، بالإضافة إلى تحقيق المزيد من اللامركزية في blockchain. تستخدم FLETA تقنياتها الخاصة من أجل ذلك: هيكل متعدد السلاسل ، وإعادة تصميم الكتلة ، والتجزئة المتوازية ، وخوارزمية إجماع جديدة لإثبات الصياغة (PoF) ، على عكس خوارزمية PoW و PoS الأكثر شيوعًا في blockchain.

نظرًا لتقنية التجزئة الموازية الخاصة بها مع تحسين TPS لكل جزء فردي ، بالإضافة إلى زيادة إجمالي TPS عندما يرتفع عدد الأجزاء على الشبكة ، تدعي FLETA أنها تستطيع التعامل مع ما يصل إلى 20000 معاملة في الثانية. هذا هو أعلى TPS حتى الآن بين مشاريع blockchain الحالية ، تقريبًا ضعف ذروة TPS لشبكة Elrond testnet (المشار إليها أعلاه) ، ويمكن مقارنتها بالفعل بالأنظمة المركزية مثل Visa المذكورة أعلاه. مع 500 جزء ، فإن شبكة FLETA قادرة على التعامل مع 10 ملايين معاملة في الثانية!

يمكن أن تعمل الأجزاء الموجودة على شبكة FLETA بالتوازي ، دون إنفاق مزدوج ، حيث يتم فصل كل جزء فردي ولا تتم مشاركة البيانات فيما بينها. لذلك ، على ما يبدو ، تعمل على رفع مستوى اللامركزية مقارنة بمشاريع blockchain الأخرى ، بما في ذلك Elrond ، حيث ترتبط القطع بشكل مفرط من خلال metachain (انظر أعلاه). 

أيضًا ، تستخدم FLETA بنية مستقلة متعددة السلاسل ، حيث يتم فصل السلاسل الفرعية عن السلسلة الرئيسية. هذا يقلل بشكل كبير من الحمل الزائد للسلسلة الرئيسية إلى جانب الرسوم الزائدة لمستخدمي dApp ، فضلاً عن تكاليف التطوير الباهظة. بصرف النظر عن السلسلة الرئيسية ، يتكون هيكل FLETA متعدد السلاسل من سلسلة رمزية وسلسلة dApp.

السلسلة الرئيسية هي المكان الذي تحدث فيه معاملة الإصدار. يقوم بإنشاء عقد الإصدار واستلام الرموز المميزة. الرموز ، بدورها ، يتم تداولها على سلسلة الرموز ، والتي تسرد أيضًا رقم الكتلة وقيمة التجزئة للسلسلة الرئيسية لإنشاء كتلة جديدة. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن لسلسلة الرمز المميز إنشاء سلسلة فرعية لتشغيل dApps.

النقطة الأكثر إثارة للاهتمام حول FLETA هي آلية إجماعها الجديدة – PoF, والذي يستخدم لمنع الشوكات غير الضرورية.

fleta PoF

الشكل 2. آلية إجماع إثبات الصياغة لدى FLETA.

يوجد الصيغ من هم المسؤولون بشكل مباشر عن إنشاء الكتل ؛ المراقبون الذين يتحققون من الكتل. وأخيرا, الموافقين الذين يتفقون على تسلسل توليد الكتلة.

يتكون الإجماع من إجراء تعدين الكتلة ، حيث يتم إنشاء الكتل بترتيب معين (متفق عليه من قبل الموافقين). هناك مجموعة مكونة من 20 من الصيغ مع رتب من 1 إلى 20 يتم تحديدها من خلال درجاتهم ، والتي تحدد تعدين المعادلات وتسلسل المكافآت. 

وفقًا للمطورين ، يقلل هذا الإجراء من نطاق نشر الكتلة ، مما يؤدي إلى إنشاء كتلة أسرع. توفر عقدة المراقب تأكيدات فورية وتمنع الانقسامات المحتملة. وبالتالي ، من المفترض أن تصبح الشبكة مستقرة وتزداد سرعة المعاملات. ومع ذلك ، فإن الوقت والممارسة فقط هما اللذان سيخبران ما إذا كانت آلية التوافق الجديدة هذه أكثر فعالية من الآليات التقليدية.

أيضًا ، لا يعالج FLETA مشكلة التشغيل البيني كما يفعل Elrond.

حل خارج السلسلة

بينما يحاول نهج التجزئة تحسين قابلية تطوير blockchain من الداخل ، هناك بدائل تتخذ نهجًا أكثر اضطرابًا في التعامل مع المشكلة. تعد Off-chain واحدة من أكثر العناصر “تطرفًا” من منظور blockchain من الطبقة الأولى. لكنه يجلب عددًا من التحسينات الرئيسية والإمكانيات الجديدة التي يمكن أن تدفع التبني إلى آفاق جديدة.

لا تزال المشاركة تستخدم قاعدة بيانات واحدة موزعة ، وهو أمر شائع للشبكة بأكملها ويفرض قيودًا معينة حسب التصميم. أيضًا ، يؤدي تقسيم قاعدة البيانات إلى أجزاء منفصلة إلى ظهور المشكلة الجديدة المتمثلة في المزامنة الفعالة والآمنة لأجزائها بين بعضها البعض ، مما يضيف نقطة أخرى من الفشل المحتمل للنظام بأكمله. 

من ناحية أخرى ، يحل النهج خارج السلسلة مشاكل قابلية التوسع والتشغيل البيني لأنظمة blockchain (وغير blockchain) ، ويحسن قيود السرعة والإنتاجية ، ويزيد من الخصوصية ويجعل النظام أقل مركزية للتمديد عندما يصبح موزعًا حقًا.  

لذلك ، دعنا نفكر في مثال للحصول على رؤية أعمق لكيفية تنفيذ كل هذا.

جيو بروتوكول

البروتوكول الجغرافي

بروتوكول GEO هو بروتوكول بنية تحتية مفتوح المصدر يوفر إمكانية التشغيل البيني لشبكات نقل القيمة بطريقة خفيفة الوزن وفعالة من حيث التكلفة ، فضلاً عن تمكين قابلية التوسع غير المحدودة تقريبًا. الهدف الرئيسي من المشروع هو إنشاء ملف بروتوكول النقل لإنترنت القيمة في المستقبل.

لتحقيق ذلك ، يجب حل المشكلة الأساسية المتمثلة في قابلية التوسع في blockchain أولاً ، ومن ثم يجب التعامل مع مشكلة قابلية التشغيل البيني للأنظمة البيئية blockchain المنعزلة ، فضلاً عن عدم اتصال عالم blockchain بعالم التمويل التقليدي. يعالج بروتوكول GEO كلتا المشكلتين ، ولكن هنا سنركز على جزء قابلية التوسع أكثر.

العقبة الرئيسية في أنظمة blockchain من حيث قابلية التوسع هي دفتر الأستاذ العام نفسه ، بالإضافة إلى الحاجة إلى توافق عام من هذا النوع أو ذاك..

نظرًا لكون بروتوكول GEO حياديًا في blockchain ، فإنه يحرم نفسه من دفتر الأستاذ المشترك تمامًا ، ويعتمد على شبكة موزعة بالكامل من العقد و نهج الإجماع المحلي التخريبي, حيث فقط العقد التي تشارك بشكل مباشر في معاملة تؤكد هذه المعاملة بالفعل. الكيانات الخاصة – المراقبون – ضمان ذرية المدفوعات عبر السلاسل ولا يتم التعامل معها إلا في حالة نادرة من التعارضات المحتملة التي قد تكون نتيجة مشكلات اتصال الشبكة لعقد معينة وما إلى ذلك.

offchain الجغرافية

الشكل 3. هيكل شبكة بروتوكول GEO.

بالإضافة إلى ذلك ، يتم تخزين جميع المعلومات المتعلقة بالمعاملات محليًا عن طريق العقد المشاركة فقط. لا الشبكة ككل ولا المراقبون ولا أي مشارك آخر على دراية بمحتوى معاملة معينة أو حتى يعرفون بوجودها.

يتيح ذلك الخصوصية المطلقة ، فضلاً عن إمكانيات توسيع نطاق الشبكة إلى ما لا نهاية تقريبًا نظرًا لعدم وجود سلطة مركزية تتحكم في الشبكة ، ولا حتى سلطة موزعة (مثل المعدنين أو المدققين في الأنظمة القائمة على blockchain). وبالتالي ، فإن شبكة GEO لا مركزية تمامًا ، ومع ذلك يمكنها توفير وظائف وتشغيل على نطاق واسع كما يفترض.

من حيث الإنتاجية ، نظرًا لعدم وجود حاجة لمشاركة المعلومات الزائدة بشكل غير ضروري عبر الشبكات ، سيعمل كل مسار دفع بشكل منفصل ومستقل. وبالتالي ، فإن الزيادة في عدد المعاملات لا تؤثر على إجمالي TPS للشبكة. 

ستؤدي الزيادة في عدد مستخدمي شبكة GEO والمشاركين إلى خلق المزيد من إمكانيات مسار الدفع والمزيد من سيولة القناة ، مما يعزز تأثير الشبكة والكفاءة الإجمالية للشبكة.

وبالتالي ، يمكن لأي blockchain استخدام شبكة GEO من أجل قابلية التوسع الخاصة بها وكذلك للتشغيل البيني مع الأنظمة البيئية الأخرى blockchain وغير blockchain. ومن وجهة نظر الشبكة ، يمكن أن تعمل blockchain كطبقة دعم الأصول لمكافئات أصول GEO. يؤدي هذا إلى علاقة تكافلية صحية بين الأنظمة ذات الأنواع المختلفة على إنترنت القيمة العالمي.

استنتاج

تعد قابلية التوسع إحدى المشكلات الأساسية التي تقف في طريق التبني الجماعي لتكنولوجيا blockchain. يمكن أن يكون لهذا التحدي حلول مختلفة ، بما في ذلك التجزئة وخارج السلسلة. كل من هذه المزايا والعيوب. 

المشاركة ، مع تحسين قابلية تطوير blockchain بشكل كبير ، لا تزال تعتمد بشكل كبير على دفتر الأستاذ المشترك ، وهي مشكلة لا يمكنك التغلب عليها من الداخل. يلغي نظام Off-chain هذا تمامًا ، ليصبح محايدًا لـ blockchain ، مما يرفع معظم قيود الإنتاجية ويمكّن التشغيل البيني.

من ناحية أخرى ، لا تزال الحلول خارج السلسلة تتطلب blockchain لطبيعتها غير الموثوقة والامتيازات الأخرى. الشيء الجيد هنا هو أنه لا يتعين علينا الاختيار بين طرق حل مشكلة قابلية التوسع ، حيث يمكنهم العمل معًا بكفاءة ، مما يوفر إمكانيات جديدة لجميع شبكات التشفير.